Hispanopedia WikiEl exceso de velocidad es una condición en la que se permite o se fuerza a un motor a girar más allá de su límite de diseño. Las consecuencias de hacer funcionar un motor demasiado rápido varían según el tipo y el modelo del motor y dependen de varios factores, los más importantes de los cuales son la duración del exceso de velocidad y la velocidad alcanzada. En algunos motores, un exceso de velocidad momentáneo puede provocar una reducción importante de la vida útil del motor o una falla catastrófica. [1] La velocidad de un motor se mide normalmente en revoluciones por minuto (rpm). [2] [ cita requerida ]
Ejemplos de exceso de velocidad
- En un avión de hélice, se producirá un exceso de velocidad si la hélice , normalmente conectada directamente al motor, se ve obligada a girar demasiado rápido por un flujo de aire de alta velocidad mientras el avión está en picado, se mueve a un paso de pala plano en vuelo de crucero debido a una falla del regulador o una falla de emplumado, o se desacopla del motor. [ cita requerida ]
- En un avión a reacción, se produce un exceso de velocidad cuando el compresor axial supera su velocidad de rotación operativa máxima. Esto suele provocar una falla mecánica de los álabes de la turbina, la extinción de la llama y la destrucción del motor. [ cita requerida ]
- En un vehículo terrestre, un motor puede verse obligado a girar demasiado rápido si se cambia a una marcha inadecuadamente baja . [ cita requerida ]
- La mayoría de los motores no regulados acelerarán demasiado si se aplica potencia sin carga o con poca carga . [ cita requerida ]
- En caso de que el motor diésel se descontrole (causado por una entrada excesiva de combustibles), el motor diésel acelerará en exceso si la condición no se rectifica rápidamente. [ cita requerida ] Un ejemplo es un motor diésel que impulsa un equipo en la boca de un pozo petrolero . Supongamos que los operadores encuentran una bolsa de gas natural. En ese caso, subirá a la superficie y el motor absorberá el gas inflamable y aumentará rápidamente la velocidad hasta que el motor se destruya, a menos que se apague la entrada de aire, privando al motor de combustible y oxígeno.
Protección contra exceso de velocidad
A veces se instala un regulador o gobernador para hacer que el exceso de velocidad del motor sea imposible o menos probable. Por ejemplo:
- Muchas máquinas de vapor utilizan un regulador centrífugo , que cierra el acelerador a altas revoluciones para restringir el flujo de vapor a medida que aumenta la velocidad del motor. [ cita requerida ]
- En los vehículos de motor, las transmisiones automáticas cambian de marcha para evitar que el motor gire demasiado rápido. Además, casi todos los vehículos modernos están equipados con un dispositivo electrónico limitador de revoluciones que corta el suministro de combustible o chispas al motor para evitar el exceso de velocidad. [ cita requerida ]
- Algunas aeronaves tienen unidades de velocidad constante que cambian automáticamente el paso de la hélice para mantener el motor funcionando a la velocidad óptima. [ cita requerida ]
- Los motores diésel de gran tamaño a veces están equipados con un dispositivo de protección secundario que se activa si falla el regulador. [3] Este consiste en una válvula de compuerta en la entrada de aire. Si el motor acelera demasiado, el flujo de aire a través de la entrada aumentará hasta un nivel anormal. Esto hace que la válvula de compuerta se cierre de golpe, privando al motor de aire y apagándolo. [ cita requerida ]
Diferentes casos de exceso de velocidad y prevención
Motores de combustión interna
Un extracto presentado por la Asociación del Parque Nacional Marítimo de San Francisco ilustra los tipos de sistemas de sobrevelocidad con regulador y control del motor. [4] Los reguladores de sobrevelocidad son centrífugos o hidráulicos. [4] Los reguladores centrífugos dependen de la fuerza giratoria creada por su propio peso. [4] Los reguladores hidráulicos utilizan la fuerza centrífuga pero impulsan un medio para realizar la misma tarea. [4] El regulador de sobrevelocidad se implementa en la mayoría de los motores diésel marinos. [4] El regulador es una medida de seguridad que actúa cuando el motor se acerca a la sobrevelocidad y hará que el motor se apague si el regulador falla. [4] Hace que el motor se apague cortando la inyección de combustible al hacer que la fuerza centrífuga actúe sobre las palancas vinculadas al collar del regulador. [4]
Turbinas
El exceso de velocidad de las turbinas de las centrales eléctricas puede ser catastrófico, ya que puede provocar fallos debido a que los ejes y las palas de las turbinas se desequilibran y pueden hacer que las palas y otras piezas metálicas se desprendan a velocidades muy altas. [5] Existen diferentes medidas de seguridad, que incluyen un sistema de protección mecánico y eléctrico. [6]
La protección mecánica contra el exceso de velocidad se realiza mediante sensores. [6] El sistema se basa en la fuerza centrípeta del eje, un resorte y un peso. [6] En el punto de exceso de velocidad diseñado, el punto de equilibrio del peso se desplaza, lo que hace que la palanca libere una válvula que hace que el cabezal de aceite de disparo pierda presión debido al drenaje. [6] Esta pérdida de aceite afecta la presión y mueve un mecanismo de disparo para luego apagar el sistema. [6]
Un sistema de detección de exceso de velocidad eléctrico implica un engranaje con dientes y sondas. [6] Estas sondas detectan la velocidad a la que se mueven los dientes y, si se mueven más allá de las rpm designadas , lo transmiten al solucionador lógico (detección de exceso de velocidad). El solucionador lógico activa el sistema enviando el exceso de velocidad al relé de activación, que está conectado a una válvula operada por solenoide . [6]
Reguladores mecánicos y eléctricos en turbinas
En las turbinas y otros dispositivos mecánicos utilizados para la generación de energía, es fundamental que los tiempos de respuesta de los sistemas de prevención de exceso de velocidad sean lo más precisos posible. [7] Si la respuesta se desvía incluso por una fracción de segundo, puede provocar que las turbinas y su carga impulsada (es decir, compresor, generador, bomba, etc.) sufran daños catastróficos y puede poner en riesgo a las personas. [7]
Mecánico
Los sistemas mecánicos de sobrevelocidad en turbinas dependen de un equilibrio entre la fuerza centrípeta del eje giratorio impartida sobre un peso unido al extremo de una pala de turbina. [7] En el punto de disparo especificado, este peso hace contacto físico con una palanca que libera el cabezal de aceite de disparo, que mueve directamente un perno de disparo y/o un circuito hidráulico para activar las válvulas de cierre para cerrar. [7] Debido a que el contacto con la palanca se produce en un ángulo relativamente limitado, hay un tiempo máximo de respuesta de disparo de 15 ms (es decir, 0,015 s). [7] El problema con estos dispositivos tiene menos que ver con el tiempo de respuesta que con la latencia de respuesta y la variabilidad en el punto de disparo debido al atascamiento de los sistemas. [7] Algunos sistemas añaden dos pernos de disparo para redundancia, lo que permite reducir la latencia de respuesta a la mitad. [7]
Eléctrico
Los sistemas de sobrevelocidad eléctricos en turbinas dependen de una multitud de sondas que detectan la velocidad midiendo los pasos de los dientes de un engranaje recto. [7] Utilizando un solucionador lógico digital, el sistema de sobrevelocidad determina las rpm del eje de la hélice dada la relación del engranaje con el eje. [7] Si las rpm del eje son demasiado altas, emite un comando de disparo que desactiva un relé de disparo. [7] La respuesta de sobrevelocidad varía de un sistema a otro, por lo que es clave verificar la especificación del fabricante del equipo original para configurar el tiempo de disparo de sobrevelocidad en consecuencia. [7] Por lo general, a menos que se especifique lo contrario, el tiempo de respuesta para cambiar el relé de salida será de 40 ms. [7] Este tiempo incluye el tiempo necesario para que las sondas detecten la velocidad, la comparen con un punto de ajuste de sobrevelocidad, calculen los resultados y, finalmente, emitan el comando de disparo. [7]
Descripción general del sistema de detección de exceso de velocidad
Al configurar, probar y hacer funcionar cualquier sistema de exceso de velocidad en turbinas o motores diésel, un factor que se tiene en cuenta es el tiempo. [4] Esto se debe a que la respuesta al exceso de velocidad suele ser demasiado rápida para que las personas la noten.
Hay argumentos sólidos para instrumentar los sistemas de disparo de manera que se pueda medir la respuesta total del sistema. De esta manera, durante una prueba, un cambio en la respuesta podría indicar una degradación que podría comprometer la protección del sistema o señalar un componente defectuoso.
— Scott, 2009, pág. 161 [6]
La responsabilidad de calibrar la respuesta correcta a la sobrevelocidad para un sistema específico recae en el fabricante. Sin embargo, la variabilidad siempre está presente y es importante que el propietario/operador comprenda el sistema en caso de mantenimiento, reemplazo o modernización de piezas obsoletas o desgastadas. [6] Una vez que se ha producido una sobrevelocidad, es esencial comprobar si hay tensión en todas las piezas de la maquinaria. [8] El primer punto de partida para las turbinas de impulso es el rotor. [8] En el rotor, hay orificios de equilibrio [9] que igualan la diferencia de presión entre las turbinas y, si se deforman, requerirían el reemplazo de todo el rotor. [8]
Véase también
Referencias
- ^ || Patentes de Google: Sistemas y métodos de apagado por exceso de velocidad del motor
- ^ || OBP: ISO 7000 — Símbolos gráficos para uso en equipos
- ^ Productos AMOT.
- ^ abcdefgh "Propulsión principal de submarinos diésel - Capítulo 10". marijuana.org . Consultado el 2 de abril de 2019 .
- ^ Pérez, RX (2016). Guía para operadores de turbinas de vapor de uso general: descripción general de los principios operativos, la construcción, las mejores prácticas y la resolución de problemas . Hoboken, NJ: John Wiley & Sons.
- ^ abcdefghi Taylor, Scott (junio de 2009). "Sistemas de sobrevelocidad de turbinas y respuesta requerida" (PDF) . Scholat semántico . S2CID 15076138. Archivado desde el original (PDF) el 2019-03-04 . Consultado el 14 de marzo de 2019 .
- ^ abcdefghijklm Smith, Sheldon S.; Taylor, Scott L. (2009). "Sistemas de sobrevelocidad de turbinas y tiempos de respuesta requeridos". Simposios sobre turbomáquinas y bombas . doi :10.21423/R19W7P.
- ^ abc Asociación Nacional de Ingenieros Marinos (EE. UU.). Distrito 1. Ingeniería marina moderna . MEBA. OCLC 28049257.
{{cite book}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link) - ^ Mrózek, Lukáš; Tajč, Ladislav; Hoznedl, Michal; Miczán, Martin (28 de marzo de 2016). Aplicación de los agujeros de equilibrado en los discos de la etapa de turbina con mayor reacción de raíz (PDF) . EFM15 – Mecánica de fluidos experimental 2015. EPJ Web of Conferences. Vol. 114. doi :10.1051/epjconf/201611402080.
